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通过原位干冰处理提高等离子喷涂氧化铬涂层的质量-行业动态

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2019-10-17 1:25:37 * 浏览: 3
大气等离子喷涂是用于沉积陶瓷涂层以保护磨损和腐蚀的常用工艺。原料包括例如氧化铝,氧化钛和氧化铬。等离子喷涂氧化铬涂层由于其良好的表面质量,高硬度和耐磨性而广泛用于例如网纹传墨辊,泵密封件和耐磨环。然而,氧化铬由于其高熔点,低导热性以及在高温下易于挥发而难以喷涂。喷涂过程中氧化铬的挥发会产生极细的灰尘颗粒,这些灰尘颗粒会聚集在工件上并被捕获在涂层内部,从而降低涂层的内聚力和机械性能。通过现场使用干冰喷射来保持表面清洁并帮助进行热管理,从而改善氧化铬和许多其他等离子喷涂涂层的质量。在使用干冰喷射的喷涂过程中,使用两个不同的商用干冰喷射器将通过等离子喷涂在TUT上的氧化铬涂层应用到喷漆机器人。测试了几个参数并实施了温度监控。通过SEM制备金相样品并进行分析。还进行了硬度,附着力,透气性和磨损测试。已经发现干冰喷射改变了基材的温度历史,并且涂层具有显着的意想不到的效果。过度冷却会降低所示的附着力,从而降低内聚力和耐磨性,但是调整喷涂参数可以更好地消除一些不利影响。与离开喷嘴的颗粒大小相关的不同喷砂模型也有很大不同。尽管另一个喷射器仅喷射少量的干冰粉尘,从而首先冷却了基板,但另一个喷射器所喷射的动能较大的较大颗粒对涂层的凝聚力的影响比非干燥冰涂层的样品要大。 ,从而提高耐磨性。等离子喷涂用于制造陶瓷涂层,特别是在磨损和腐蚀应用中。例如,氧化铝,氧化钛和氧化铬用作起始材料。等离子喷涂氧化铬涂层由于其良好的表面光洁度,高硬度和耐磨性而广泛用于例如卷轴,密封件和耐磨轮胎压机。然而,氧化铬由于其高熔化温度和低导热性而成为具有挑战性的注射成型材料。氧化铬在高温下也容易蒸发,导致形成细小的氧化铬粉尘。所得的氧化铬粉尘易于保留在涂层之间,从而削弱了涂层的内聚力和机械性能。在现场,干式喷涂已用于热喷涂,以改善氧化铬和其他等离子涂层的质量。干冰喷射可保持工件表面清洁,并有助于进行热管理。 TUT通过使用两个不同的干冰鼓风机喷涂氧化铬,研究了等离子喷涂过程中干冰喷射的使用,并允许等离子喷涂机将干冰鼓风机喷嘴连接到喷涂机器人上。测试了几个不同的参数并监控了工件温度。通过涂覆电子显微镜制备金相样品。还对样品进行了硬度,附着力,透气性和磨损测试。从样品中发现,当干冰喷射显着影响基材和涂层的温度历史时,会产生意想不到的后果。过度冷却会削弱涂层的内聚力和耐磨性,但是当参数设置得更高时,可以消除一些有害影响。在不同锅炉型号之间,从干冰鼓风机喷嘴的喷嘴出来的干冰颗粒的尺寸也存在显着差异。另一台喷有干净干冰的鼓风机似乎是最酷的效果。另一方面,涂覆有较大颗粒的干燥颗粒具有较高的动能,这似乎对涂层的内聚性具有更积极的作用。与风冷样品相比,耐磨性得到改善。简介陶瓷涂料在工业中具有广泛的应用。从磨损和腐蚀防护到热保护和电气绝缘,范围广泛。 r氧化om是一种高硬度陶瓷材料,由于其优异的摩擦学性能(如高耐磨性)而广泛用于涂料中。大气等离子喷涂通常是一种使用氧化铬涂层的技术,因为其极高的火焰温度可轻易熔化陶瓷材料[1]。然而,氧化铬在高温下易挥发,容易蒸发并产生细小的粉尘,当被困在涂层结构内时会引起问题。在最近的研究中[64]-[75],已发现同时进行干冰处理可以提高等离子喷涂涂层在各种不同材料(包括氧化铬)上的质量。因此,根据研究,涂层的微观结构和机械性能得到显着改善。本文基于干法处理等离子喷涂涂料领域的以往工作,目的是进一步评估辅助干冰喷射作为提高等离子喷涂氧化铬涂料质量的技术的可行性。在等离子喷涂过程中实施了干冰喷射器,以提供冷却并在喷涂时同时清洁工件。在设置和仔细优化之后,对几种参数组合进行了测试,最终实现了干冰过程的一些好处。使用高速成像和基材热监测发现加工参数。光学和电子显微镜用于评估干冰喷射对显微组织的影响。此外,还测试了涂层的表面质量,硬度,附着力,渗透性和磨损。第2章从热喷涂基础开始,以进一步说明等离子和HVOF喷涂技术。第3章介绍最常用的陶瓷涂层材料,并向读者介绍氧化铬作为涂层材料。第4章深入探讨了氧化铬的易溢出性以及与使用相关的健康问题相关的挑战。第5章探讨了热喷涂工艺中辅助冷却的可能性以及可用的不同技术。第6-9章涵盖了论文的实验部分以及结果,讨论和结论。 2.热喷涂热喷涂是一种广泛使用的热机械涂层工艺,用于在涂层材料上沉积各种不同的材料。大多数金属和金属合金以及陶瓷,复合材料和金属陶瓷材料均可进行热喷涂。涂层的厚度通常在50-500微米的范围内,尽管在某些应用中可以使用更厚或更薄的涂层[1]。在热喷涂中,原材料以粉末,金属丝,棒或液体悬浮液的形式引入热源。然后将熔融或半熔融的液滴通过气流推向基材。接触后,液滴变形并顺应表面,形成所谓的涂层。每个小片固化并形成涂层。上面描述的一个例外是冷喷涂工艺,它不利用热量,而是依靠高的颗粒速度(最高1100 m / sec)使粉末颗粒塑性变形而不是熔化。当然,通过这种方法只能沉积易于变形的金属和合金。图1说明了热喷涂过程。图1.典型的热喷涂工艺和涂层结构。热喷涂过程通常分为热源,包括电弧,等离子弧和燃烧。在电弧喷涂中,两根线材以一定角度相互馈送,并在两根线材之间施加电弧。当导线彼此靠近时,电弧会使导线熔化。来自电弧后面的雾化气体将熔融材料雾化成液滴,并将其推向基材。原材料仅限于由韧性导电金属制成的导线,但可用的导线甚至包括金属陶瓷,以扩大可用材料的范围。 [1]等离子喷涂工艺将在第2.1节中详细介绍。燃烧过程包括传统的火焰喷雾,引爆枪和高速含氧燃料喷雾。火焰喷涂使用燃料气体加热并加速原料,原料可以以粉末,金属丝或棒的形式引入。粒子速度通常小于每秒200米。原材料包括塑料,金属和合金以及一些陶瓷。在起爆枪过程中原料与传统的火焰喷涂相比,将所有粉末,燃料和氧气注入混合气体被点燃的腔室中,爆炸产生的热量将颗粒加热并以非常高的速度(12316,1200 m / s)将其推出喷枪。在粒子上产生更多的动能。该过程是不连续的,并且以1-15 Hz的频率运行。可喷涂材料包括金属,金属陶瓷和陶瓷。 [1]高速含氧燃料过程与连续脱气器过程相似,将在第2.2节中进行描述。图2显示了不同的热喷涂过程温度和速度。图2:气体温度和速度的热喷涂技术。如前所述,涂层是通过冲击,散布和固化单个喷雾颗粒而形成的。取决于喷涂参数,所形成的涂层的厚度通常为1至20μm并且具有柱状晶粒结构。除了熔融和再固化的颗粒外,所得的层状结构还由孔,氧化物包裹和未熔融的颗粒组成。根据所用材料和工艺的不同,热喷涂涂层的孔隙率在2-15%的范围内,现代先进工艺可降低孔隙率。由于液滴并不总是流动来填充所有间隙,因此孔对于该过程是自然的。特别是在陶瓷中,某些孔是在冷却过程中由水平或垂直裂纹形成的。氧化是金属涂层中的常见问题,金属涂层在飞行过程中以及通道之间的涂层形成后也会氧化。就陶瓷而言,它们有时会部分还原为金属形式,从而产生金属夹杂物。另一个不希望的特征是未熔化的颗粒,它们在飞行过程中不会熔化,并且随着进入的熔化颗粒被包围而被吸入涂层中。所有上述缺陷通常会导致涂层性能下降。 [1]技术定制干冰清洗程序